一種基于神經元網絡的可見光通信接收系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及可見光通信技術，特別涉及一種基于神經元網絡的可見光通信接 收系統。
【背景技術】
[0002] 與傳統的紅外和無線通信相比，LED可見光通信技術具有發射功率高、無電磁干 擾、無需申請頻譜資源和信息的保密性等優點。然而，可見光通信仍然面臨不少挑戰，其中 最大挑戰之一是碼間干擾大大限制了可見光通信系統數據傳輸速率。用于照明的白光LED 一般為LED陣列形式，不同的點光源LED對應著不同的光路徑，而光路徑間信號傳輸的延遲 會產生碼間干擾；同時當系統數據傳輸速率比較高時，由于LED帶寬的限制，會造成一個信 號的影響擴展到相鄰信號上，產生碼間干擾而使系統誤碼率大大提升；并且由于信道不理 想，碼元在發送過程中會發生拓寬和時延，在波形上表現為碼元脈沖產生拖尾，相鄰脈沖的 拖尾會互相重疊，亦會產生碼間干擾，提升了誤碼率，從而影響了通信的質量。一般情況下， 可通過改變編碼方式，如：將00K調制方式中不歸零編碼改為歸零碼或使用正交頻分復用 技術來降低碼間干擾。然而卻大大地增加了可見光通信系統的復雜程度。
[0003] 在散射、中繼、微波等通信領域中，常使用分集接收技術來解決由于信道參數的不 穩定性而導致的多徑效應。分集接收技術是同一信號通過不同的路徑、時間、角度、頻率等 方式分散傳輸，接收端獲得多組獨立信號，并通過合適的合并方式，如選擇合并、等增益合 并或最大比值相加等；將多組獨立信號合并成總的接收信號。同時在分集接收系統中，由于 接收模塊具有多個光電探測器，相當于增大了光電二極管的接收面積，從而為系統提供了 分集增益，故可使用分集接收技術來改善可見光通信系統的性能。然而，由于無線信道的時 變性與隨機性，不同的環境下所選取的合并方式不同；且所接收的數據是信道中受干擾的 原始數據，并沒有對數據進一步優化處理。 【實用新型內容】
[0004] 為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的首要目的在于提供一種基于 神經元網絡的可見光通信接收方法，該可見光通信接收方法進一步優化了 VLC系統信道性 能，在不增加器件帶寬前提下，成倍提高無線通信的質量與數據傳輸速率。
[0005] 為了克服現有技術的上述缺點與不足，本實用新型的另一目的在于提供基于神經 元網絡的可見光通信接收方法的可見光通信接收系統，該可見光通信接收系統基于簡單的 基帶調制技術，通過運用角度分集接收技術來減弱碼間干擾對系統的影響，并使用人工神 經元網絡來對分集接收所獲得的數據進行合并以及優化以降低系統的誤碼率。克服了傳統 的分集接收技術在不同環境下合并方式的多樣性。
[0006] 本實用新型的首要目的通過以下技術方案實現：一種基于神經元網絡的可見光通 信接收方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1、第一可編程門陣列將信源發出的視頻信號轉換為數字信號；
[0008] 步驟2、所述數字信號通過LED驅動電路驅動LED燈具發射光信號；
[0009] 步驟3、所述光信號經過η個光電檢測器件進入接收子系統，其中，η為正整數；所 述η個光電檢測器對應傳輸子系統的η個子信道；所述η個子信道對應接收子系統的η個 數據流；
[0010] 步驟4、所述的η個數據流經過放大處理、濾波處理后，輸到經過訓練后的神經元 合并申吳塊中；
[0011] 步驟5、所述神經元合并模塊將所述η個數據流作均衡處理并輸出合并數據流；所 述合并數據流經第二可編程門陣列解調處理轉化為視頻信號。
[0012] 所述步驟5中的經過訓練后的神經元合并模塊包括以下步驟：
[0013] 步驟41、訓練時，把一組輸入值和與之相匹配的期望值給予所述的神經元網絡，按 這組訓練數據來調整連接加權值，通過所述的期望值與正向傳播的實際輸出值對比得到誤 差?目號；
[0016] 步驟42、利用梯度下降法進行誤差反向傳播和權值校正，通過反復學習使所述的 誤差信號達到或低于設定值；
[0018] 步驟43、通過上述方程的訓練可以使所述的連接加權值調整到使神經網絡的實際 輸出與所述的期望輸出間的均方誤差最小；經過ΒΡ算法訓練后，對于任意輸入值，神經元 均衡器均能給出相對較為合適的輸出，以完成對信道的均衡處理。
[0019] 本實用新型的另一目的可以通過以下技術方案實現：一種實現所述的基于神經元 網絡的可見光通信接收方法的可見光通信接收系統，包括：發射子系統、傳輸子系統和接收 子系統，所述發射子系統具有：第一可編程門陣列、LED驅動電路和LED燈具，所述接收子系 統具有：n個光電檢測器件、ADC模數轉換器、神經元合并模塊和第二可編程門陣列；所述傳 輸子系統用于把LED燈具發出的可見光信號傳輸給η個光電檢測器件；所述η個光電檢測 器件對應傳輸子系統的η個子信道；所述第一可編程門陣列、LED驅動電路、LED燈具、光電 檢測器件、ADC模數轉換器、神經元合并模塊和第二可編程門陣列依次連接；所述第一可編 程門陣列將視頻信號轉換為數字信號，并把所述數字信號傳輸給LED驅動電路；所述LED驅 動電路驅動LED燈具發射光信號；所述光信號經過自由空間進入光電檢測器件；所述η個 光電檢測器件把光信號轉換成模擬信號，形成η路數據流；所述ADC數模轉換器把光電檢測 器件輸出的模擬信號取樣成η路數字信號；所述的η路數字信號經神經元合并模塊進行合 并以及均衡處理后，輸到第二可編程門陣列；所述第二可編程門陣列把信號經過解調還原 為視頻信號。
[0020] 所述LED驅動電路包括：信源、可變電阻、高速緩沖器、Bias Tee模塊、直流電流源 和限流電阻，所述的信源、可變電阻、高速緩沖器、Bias Tee模塊和限流電阻依次連接；所述 直流電流源的正極和信源連接，所述直流電流源的負極和Bias Tee模塊連接；所述的Bias Tee模塊包括電容和電感；所述電感的一端與直流電流源的負極連接，所述電感的另一端 與電容的負極連接，所述電容的正極與高速緩沖器連接；所述信源輸出的電信號經過高速 緩沖器傳輸到Bias Tee模塊，所述直流電流源所輸出的直流電信號與高速緩沖器所傳輸的 信號在Bias Tee模塊中進行耦合，生成耦合電信號；所述耦合電信號通過限流電阻輸出到 LH)燈具。
[0021] 所述神經元合并模塊其合并處理通過可編程門陣列信號處理芯片或數字信號處 理芯片中完成。
[0022] 所述發射子系統還包括：第一液晶顯示器和攝影機，所述接收子系統還包括放大 電路、濾波電路和第二液晶顯示器；所述的第一液晶顯示器和攝影機均與第一可編程門陣 列連接，光電檢測器件通過前置放大電路和后置放大電路與ADC數模轉換器連接，第二可 編程門陣列和第二液晶顯示器連接；所述的攝影機將視頻信號傳輸給第一可編程門陣列； 所述第一可編程門陣列把視頻信號傳輸給第一液晶顯示器；所述光電檢測器件把模擬信號 通過放大電路進行放大處理；放大后的所述模擬信號經過濾波電路進行濾波處理再傳輸給 ADC模數轉換器；所述第二可編程門陣列把視頻信號傳輸給第二液晶顯示器。
[0023] 本實用新型的另一目的也可以通過以下技術方案實現：一種基于神經元網絡的可 見光通信接收方法的可見光通信接收系統，包括：發射子系統、傳輸子系統和接收子系統， 所述發射子系統通過LED驅動電路將數據輸入LED燈具中，發出可見光，通過傳輸子系統將 光信號進行有效地傳輸，最后通過接收子系統把感應光強的變化與數據的轉換實現通信。
[0024] 所述發射子系統由攝影機、第一可編程門陣列、第一液晶顯示器、LED驅動電路、 LED燈具組成，進一步地，所述LED驅動電路由電容與電感等電學元件組成。
[0025] 所述傳輸子系統為自由空間，具有η條子信道，其中，η為正整數。
[0026] 所述接收子系統由η個光電檢測器、放大電路、濾波電路、神經元合并模塊、第二 可編程門陣列、第二液晶顯示器組成。
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